Державний університет інформаційно – комунікаційних технологій КАФЕДРА ФІЗИКИ Лабораторна робота з фізики на тему: Вивчення законів постійного струму 2006 р. Лабораторна робота №4 Вивчення законів постійного струму на прикладі містка Уітстона і компенсаційної схеми Мета роботи: 1.Вивчити метод вимірювання опору за допомогою мостової схеми, а також компенсаційний метод вимірювання електрорушійної сили (далі ЕРС). 2.Навчитись вимірювати опір містком постійного струму. 3.Навчитись вимірювати ЕРС потенціометром. Завдання 1. Вимірювання опору за допомогою містка постійного струму Теоретична частина Класичним методом вимірювання опору є метод містка постійного струму. Схема містка постійного струму (міст Уітстона), яка представлена на рис.1, складається з відомих опорів R0, R1, R2, невідомого опору Rх, нуль-гальванометра G і джерела ЕРС
. Опори Rх, R0, R1, R2, складають так звані плечі містка.
В найпростішому виконанні частина схеми АС являє собою натягнутий однорідний провід (реохорд) із контактом D, який може ковзати вздовж рео-хорда АС, змінюючи таким чином співвідношення між опорами R1, R2, напрямом проводу АD і DС. До точки з’єднання двох опорів (точка В на рис.1) і до рухомого контакту D під’єднуються , R0 R2 , гальванометр G, а до точок схеми А і С вмикається джерело ЕРС
. При довільному співвідношенні опорів, які складають місткову схему, через гальванометр протікає струм. Однак, переміщуючи контакт D, можна зробити так, щоб сила струму через гальванометр дорівнює нулю. Тоді між опорами Rх, R0, R1, R2, має місце співвідношення
Дійсно, коли струм через гальванометр не протікає, то потенціали точок В і D однакові. А це означає, що напруги на ділянках АВ і АD однакові:
Однакові також напруги на ділянках ВС і DС, тобто
Розділивши ліві і праві частини співвідношень (2) і (3), отримаємо:
Якщо струм через гальванометр не протікає,
і тоді
Сам процес вимірювання невідомого опору Rх за допомогою мостової схеми полягає в тому, що на магазині опорів виставляється опір R0 по можливості близький за значенням до невідомого опору. Потім за допомогою рухомого опору D знаходимо на реохорді положення, при якому сила струму через гальванометр дорівнює нулю (така операція знаходження положення рухомого контакту називається врівноженням містка). Добившись рівноваги містка, за співвідношенням (5) визначаємо величину опору Rх , якщо відомі три інші опори. Оскільки для однорідного проводу опори окремих ділянок реохорда відносяться один до одного як їхні довжини, то відношення
у формулі (5) можна замінити відношенням довжини
(де
,
- відповідно довжини ділянок DС та АD на рис 1.) Отже, формулу (5) можна переписати як
, Звідки знаходимо робочу формулу для визначення Rх :
Відзначимо, що точність визначення Rх буде тим кращою, чим ближчим до одиниці буде співвідношення
. Тому при вимірюванні за допомогою містка Уітстона невідомого опору Rх бажано, щоб опір Rо не дуже відрізнявся від Rх. У зв’язку з цим порядком знаходження Rх, може бути наступним: встановити контакт D посередині реохорда
і за допомогою магазину опорів підібрати Rо так, щоб струм через гальванометр не протікав. Тоді згідно з (6) Rх = R0. Прилади та приладдя Реохорд. Магазин опорів Джерело ЕРС (1,5В) Невідомий опір Rх. Додатковий опір (для зменшення чутливості гальванометра). Нуль-гальванометр. Ключі-перемикачі. З’єднувальні провідники. Порядок виконання роботи Зібрати схему згідно рис.2. Для обмеження струму послідовно до гальванометра G вмикають додатковий опір Rх =5+10кОм і ключ k2, яким цей опір можна закоротити при рівновазі містка.
Рис.2 Схема містка постійного струму для вимірювання невідомого опору R Встановити повзунок D посередині реохорда. Після перевірки схеми лаборантом замкнути ключ k2. На магазині опорів підібрати такий опір R0, пр...